Технология изготовления сварных мостовых балок с учетом теплового взаимовлияния отдельных операций

• Автор: Гребенчук, Игорь Викторович
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, АКТУАЛЬНОСТЬ, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Обзор существующих способов изготовления балок.

Актуальность работы

1.2. Возможные пути совершенствования способов изготовления

балок. Цель и задачи работы.

1.3. Методика исследований.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПЛОСКОЙ ЗАДАЧЕ

2.1. Анализ существующих методик расчета.

2.2. Численное решение двумерной задачи методом конечных элементов

2.3. Сопоставление результатов расчета различными методами.
2.4. Выводы по главе 2.
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЗАДАЧЕ.
3.1. Анализ существующих методик расчета.
3.2. Численное решение трехмерной задачи методом конечных элементов
3.3. Сопоставление результатов расчета различивши методами.
3.4. Выводы по главе 3
4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ
ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
4.1. Экспериментальное обоснование целесообразности совмещения предподогрева и правки деформаций.
4.2. Теоретические исследования совмещения процессов предподогрева и правки деформаций.
4.3. Разработка принципиальной схемы и конструкции стенда для изготовления сварных балок
4.4. Выводы по главе 4.
5. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ БАЛОК
5.1. Разработка способа изготовления сварных балок.
5.2. Экспериментальное исследование процесса нагрева горелкой стального элемента перед сваркой
5.3. Теоретическое исследование температурного режима в зоне нагрева горелкой стальной балки.
5.4. Выводы по главе 5.
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОБЛАСТЕЙ
ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННОГО СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ
СВАРНЫХ БАЛОК
6.1. Исследование влияние нагрева горелкой на свойства стали и определение области рационального применения
6.2. Перспективы внедрения разработок диссертации и анализ экономической эффективности внедрения разработанного
способа
6.3. Выводы по главе 6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Отличительными особенностями технологического процесса изготовления сварных балок является изменение металла в зоне термического влияния сварки, возникновение остаточных напряжений и образование деформаций от сварки. Современные конструкции пролетных строений стальных мостов предъявляют высокие требования для балочных элементов по точности их линейных измерений. Существующие в России допуски на отклонения геометрической формы тавровых элементов в мостостроении регламентируются СТП-2-* и для деформации грибовидности приведены в таблице 1. Данные требования являются очень жесткими, так как современные конструкции мостов и тип подвижной нагрузки значительно изменились за последнее десятилетие и требуются более точные геометрические размеры? Таблица 1. Москва представляет собой криволинейную коробчатую балку со свесами. Поперечное сечение основной коробчатой балки представлено на рис. Допускаемые отклонения деформации грибовидности для свесов верхнего пояса были ± 1,5мм. Конструкции изготавливал завод Воронежстальмост и эти жесткие требования вызвали определенные технологические трудности. Так при изготовлении балок пришлось разработать специальную последовательность сборочно-сварочных работ, которая позволила снизить объем последующей правки конструкций. Как мы видим, учет всех требований, предъявляемых к современным конструкциям, требует в ряде случаев разработки специальной последовательности сборки и сварки, методов предотвращения и правки деформаций, применения определенных способов сварки. Технология изготовления мостовых балок включает следующие этапы: сборка элемента с постановкой прихваток, предварительный подогрев свариваемых кромок, сварка угловых поясных швов, правка остаточных деформаций. Рассмотрим каждую из операций. Сборка тавровых элементов производится на сборочно-сварочном стенде. Сборочная оснастка обеспечивает плотное прижатие деталей при сборке и сохранение заданной геометрической формы при перемещении и кантовке элементов. В зависимости от типа производства, количества, вида таврового элемента (главная балка, элемент связи, тавровый элемент в составе ребра и др. Причем каждый мостовой завод решает вопрос сборки конструкций согласно своим возможностям и потребностям. Например, ЗАО Воронежстальмост использует и поворотные кондукторы и специальные сборочные стенды для балок. Предварительный подогрев осуществляется непосредственно перед сваркой до температур 0-0°С и преследует 2 цели: удаление из зоны сварки конденсата и снижения скорости охлаждения сварного шва с целью не допустить образования закалочных структур в металле. При изготовлении мостовых тавровых элементов наиболее широко применяют автоматическую сварку под флюсом, полуавтоматическую сварку сплошной и порошковой проволокой в защитной среде углекислого газа []. Процесс сварки таврового элемента состоит из выполнения двух угловых швов. Угловые швы могут выполняться последовательно или одновременно с использованием двухдуговых автоматов. Таким образом, различают сварку в «лодочку» (под углом °) и сварку в нижнем положении. Виды сварных тавровых соединений Т1, ТЗ, Тб, Т7, Т8, Т9 согласно СТП2-*, приведены на рис. Высокотемпературный нагрев при сварке вызывает изменения как физических, так и механических характеристик при сварке. Также в сварном элементе возникают остаточные напряжения и деформации. Причинами возникновения остаточных напряжения и деформаций считают неравномерный нагрев свариваемого элемента, усадка расплавленного металла шва и структурные превращения в околошовной зоне. Создание точного математического аппарата для определения сварочных напряжений и деформаций, раньше и сегодня, связано с большими трудностями []. Начиная с середины века, разрабатывались расчетные методы определения остаточных деформаций от сварки. Наибольшее практическое распространение из них получили упрощенные методы ЛПИ им. Калинина [] и МВТУ им. Баумана []. Также следует отметить, что применительно к мостовым конструкциям методы расчета напряжений и деформаций, разрабатывались в ЦНИИС, НИИ мостов [,] и др. Рис. Рис. Поперечное сечение балки для монорельсовой дороги в г. Рис.